Учёным впервые удалось сравнить тончайшие детали строения мозга самцов и самок мух и выявить различия, которые, по их словам, объясняют агрессивность самцов, их поведение во время ухаживания и исполнение любовных песен. Учёные из Кембриджа составили карту всех 124 миллионов соединений между нервными клетками в мозге самца мухи. Два года назад они сделали то же самое для мозга самки. Исследователи подчёркивают, что эта работа не объясняет различия между мужчинами и женщинами, поскольку человеческое поведение гораздо сложнее. Однако результаты могут помочь учёным лучше понять поведение человека и состояния, при которых генетические различия влияют на формирование нейронных связей, например аутизм и шизофрению.
Профессор Грегори Джефферис из Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований и Кембриджского университета, один из руководителей проекта, заявил BBC News, что этот прорыв открывает «действительно важное новое направление в нейробиологии». Он сравнил его с изобретением нового мощного телескопа, который позволяет глубже понять устройство Вселенной. «У нас в голове находится удивительная система, которая позволяет нам делать невероятные вещи, например играть сонату или решать научную задачу. И это достижение может помочь нам понять, как работают такие системы».
Мозг мухи настолько же красив, насколько удивителен. Он размером с булавочную головку, однако во многих отношениях эффективнее суперкомпьютера и способен превзойти самый совершенный искусственный интеллект.
Команда Джеффериса и её коллеги кропотливо проанализировали каждую нервную клетку, каждое нервное волокно и каждое соединение в мозге самца плодовой мушки. Затем они объединили всё это в трёхмерную карту мозга и нервного ствола и сравнили её с ранее созданной картой самки. Исследователи обнаружили, что около 95% клеток в мозге самцов и самок совпадают. Однако оставшихся 5% достаточно, чтобы породить весьма различное поведение, говорит доктор Изабелла Беккет, один из ведущих авторов научной статьи, опубликованной сегодня в журнале Cell. «Мы ожидали найти различия, мы их нашли и очень довольны результатом», — сказала она.
Небольшие различия могут приводить к большим изменениям в поведении. Например, во время ухаживания самец следует за движущейся самкой. Исследователи определили нейронные цепи, связанные с этим поведением, и обнаружили ключевые различия в их устройстве. У самцов имеются дополнительные элементы, которые, вероятно, улучшают способность зрительно отслеживать самку.
Ещё более заметны различия в цепях, связанных с агрессией. Самцы дерутся чаще, поэтому нейронных соединений, отвечающих за подобное поведение, у них значительно больше, чем у самок.
И, наконец, есть цепь любовной песни. Самцы ухаживают за самками при помощи звука. Для его создания у них имеются нейронные связи, которых у самок вообще нет. По словам доктора Филиппа Шлегеля, одного из авторов исследования, эта цепь должна работать очень точно, иначе последствия для несчастного самца могут оказаться неприятными.
«Ухаживание включает в себя и пение для самки, — рассказал он. — Звук создаётся за счёт вибрации крыльев, которая порождает очень специфическую песню. Если она нравится самке, та позволяет самцу приблизиться. А если не нравится или самка в данный момент не готова к спариванию, она попросту его отвергает. Иногда это может закончиться пинком в лицо».
Эти три различия в устройстве мозга самцов и самок мух определяются двумя ключевыми генами. Учёным уже много лет известно об этих генах и об их связи с каждым из перечисленных типов поведения. Однако до сих пор они не могли увидеть промежуточное звено. Теперь впервые удалось рассмотреть реальные нейронные связи, которые формируются под влиянием этих генов.
Главной целью исследования было не обнаружение различий между самцами и самками мух и уж тем более не поиск неврологических объяснений предполагаемых различий в поведении мужчин и женщин.
Сравнение двух мозгов, между которыми существуют небольшие различия в нейронных связях, связанные с известными значительными различиями в поведении, позволяет учёным гораздо яснее увидеть общие принципы изменения мозговой проводки, лежащие в основе поведения, говорит Беккет. «Здесь есть всего одна независимая переменная — пол. А затем можно просто смотреть, что именно различается. Для учёного это мечта».
Обнаруженные различия позволяют сделать большой шаг вперёд в понимании одного из важнейших вопросов биологии: каким образом гены влияют на поведение. Учёным уже несколько десятилетий известно, что такое влияние существует, однако до сих пор было мало понятно, как именно оно осуществляется. По словам доктора Джеффериса, ответ заключается в том, каким образом гены формируют нейронные связи мозга и как эти связи, в свою очередь, влияют на поведение.
«Сравнение мозга самца и самки мухи даёт нам отличную возможность разобраться в этом», — сказал он BBC News. «Существуют особенности человеческого поведения, которые, по всей видимости, имеют выраженную генетическую основу. Например, сегодня известно множество вариантов генов, связанных с шизофренией и расстройствами аутистического спектра, но мы пока не очень хорошо понимаем, как именно они действуют».
По словам Джеффериса, у этой работы могут быть и практические применения в совершенствовании искусственного интеллекта и компьютерных систем.
«Чтобы искусственный интеллект стал таким же эффективным, как наш мозг, вероятно, потребуется гораздо больше идей, заимствованных у биологии. И особенно важным источником вдохновения могут оказаться реальные биологические схемы нейронных связей. Есть исследователи, которые помещают модель мозга мухи в центр искусственных нейронных сетей и пытаются понять, помогает ли это обучать искусственные системы и управлять ими».
В работе также участвовали исследователи из исследовательского кампуса HHMI Janelia под руководством профессора Джерри Рубина, группы Drosophila Connectomics Кембриджского университета, Google Research и Фонда Шампалимо.
Автор: SLY_G
